Book/Dissertation / PhD Thesis

FZJ-2017-04502

http://join2-wiki.gsi.de/foswiki/pub/Main/Artwork/join2_logo100x88.png Einzelfaserkomposite aus Pulvermetallurgischem Wolfram-faserverstärktem Wolfram

Jasper, B. (Corresponding author)FZJ*

2017
Forschungszentrum Jülich GmbH Zentralbibliothek, Verlag Jülich
ISBN: 978-3-95806-248-1

Please use a persistent id in citations: http://hdl.handle.net/2128/14871

Abstract: Die größte Herausforderung auf dem Weg zu einem kommerziellen Fusionskraftwerk besteht in der Bereitstellung passender Materialien für die erste Wand und den Divertor, die Bereiche, die das Plasma einschließen und am höchsten belastet sind. Voraussetzung für die Verwendbarkeit eines Materials sind eine hohe thermische Leitfähigkeit, ein hoher Schmelzpunkt, eine hohe Kompatibilität zum Plasma und der verwendeten Kühlung, wie auch mechanische Stabilität und Widerstandsfähigkeit gegenüber Versagen. Wolfram vereint viele dieser Anforderungen in sich und besitzt im Gegensatz zu anderen Hochleistungswerkstoffen eine hohe Festigkeit. Es ist jedoch intrinsisch spröde und weist eine geringe Zähigkeit, die Resistenz gegen Risswachstum, auf. Zudem führen Fusionsneutronen und Rekristallisation zu einer zunehmenden Versprödung im Anwendungsfall. Somit können thermische Spannungen durch transiente Wärmelasten zu Rissen und zum spontanen Versagen von Komponenten durch Bruch führen. Eine Methode die Zähigkeit von Wolfram zu erhöhen stellt die Verwendung in einem Komposit dar. So wurde für Wolfram-faserverstärktes Wolfram (W$_{f}$/W), welches mittels chemischer Gasphasenabscheidung (CVD) hergestellt wurde, eine stark erhöhte Zähigkeit nachgewiesen, womit es eine echte Schadenstoleranz bietet. W$_{f}$/W besteht aus einer Wolframmatrix in der heißgezogene Wolframfasern eingebettet sind. Die Fasern umgibt ein Interface das extrinsische Mechanismen ermöglicht, welche die Rissenergie im Material dissipieren und somit die Rissausbreitung stoppen. Der Nachteil der Herstellung mittels CVD besteht in seiner schlechten Skalierbarkeit bezüglich der Probengröße. Pulvermetallurgische Herstellungsmethoden stellen eine interessante und für Refraktärmetalle etablierte Alternative dar, mit denen sich kurze Prozesszeiten auch für ganze Komponenten realisieren lassen. In dieser Arbeit wurde erstmals pulvermetallurgisches W$_{f}$/W hergestellt und dafür die Methode des heißisostatischen Pressens genutzt. Die Variation der Prozessparameter Druck und Temperatur führte zu einer Optimierung der Dichte, was die Herstellung dichter Proben ermöglichte. Um die Faserablösung zu studieren, die den zähigkeitssteigernden Energiedissipationsmechanismen zugrunde liegt, sind Einzelfaserproben angefertigt und Push-Out Tests unterzogen worden. In diesen Tests wird die Faser durch einen Indenter aus der Matrix gedrückt, wobei die resultierende Last-Weg-Kurve Aufschluss über Kennwerte der Interfaceschicht gibt. Durch eine umfangreiche mikrostrukturelle Analyse von Push-Out-Proben konnte ein tieferes Verständnis der Ablöseprozesse gewonnen werden. Die mannigfaltigen Interaktionen zwischen Faser, Interface und Matrix während dieses Prozesses konnten beobachtet werden. Dabei wurden hauptsächlich mittels HIP hergestellte Proben, die unterschiedliche Interfacedicken aufwiesen, untersucht. Zum Vergleich wurde auch CVD-W$_{f}$/W getestet. Es wurde gezeigt, dass nicht das Interface allein das Ablöseverhalten bestimmt, sondern die Interfaceregion als Ganzes mit angrenzender Faser und Matrix betrachtet werden muss.

Note: Universität Bochum, Diss., 2017

---

Contributing Institute(s):

1. Plasmaphysik (IEK-4)

Research Program(s):

1. 174 - Plasma-Wall-Interaction (POF3-174) (POF3-174)

Appears in the scientific report 2017

---

Database coverage:
;

---